TWI679858B

TWI679858B - 毫米波通訊之使用者設備及其波束失連恢復方法

Info

Publication number: TWI679858B
Application number: TW106144127A
Authority: TW
Inventors: 陳志軒; Chih-Hsuan CHEN
Original assignee: 中華電信股份有限公司; Chunghwa Telecom Co., Ltd.
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-12-11
Also published as: TW201929456A

Abstract

本發明提供一種毫米波通訊之使用者設備及其波束失連恢復方法。此使用者設備包括支援波束成型技術之天線，而波束失連恢復方法包括下列步驟。偵測當前使用之當前控制通道波束或當前資料通道波束的接收情形，而此當前資料通道波束包含在當前控制通道波束之涵蓋範圍內。反應於當前控制通訊波束或當前資料通道波束的接收情形符合失連條件，挑選不同於當前資料通道波束的候選資料通道波束。回報候選資料通道波束的挑選結果。藉此，能加快資料通道波束的搜尋速度，減少延遲情形。

Description

毫米波通訊之使用者設備及其波束失連恢復方法

本發明是有關於一種毫米波(millimeter Wave，mmWave)通訊，且特別是有關於一種毫米波通訊之使用者設備及其波束失連恢復方法。

毫米波(millimeter wave)通訊之特性使其會面臨到一些技術難題。例如，傳播過程中可能遇到訊號能量嚴重衰減，這跟毫米波通訊系統操作於高頻帶並使用相當大的頻寬進行傳輸有非常大的關聯。為了對抗在高頻傳輸時的路徑損耗(propagation loss)，傳輸端甚至是接收端會使用高增益的波束成型(beamforming)技術，以彌補損耗情形。然而，高增益波束成型所形成的波束(beam)通常在涵蓋範圍上較為細窄，因此容易受到設備移動、或是環境、人體或外在物體阻擋等因素影響而造成波束失連(beam failure)。此時，傳送接收節點(Transmission Reception Point，TRP)會主導進行波束失連恢復程序，而使用者設備(User Equipment，UE)則可能需要搜尋所有可用波束，相當耗費時間，更可能讓使用者感受到網路延遲。

有鑑於此，本發明提供一種毫米波通訊之使用者設備及其波束失連恢復方法，提供快速波束失連恢復機制，減少連線中斷所引起的延遲情形。

本發明的波束失連恢復方法，適用於使用者設備，此使用者設備包括支援波束成型(beamforming)技術之天線，而波束失連恢復方法包括下列步驟。偵測當前使用之當前控制通道波束或當前資料通道波束的接收情形，而此當前資料通道波束包含在當前控制通道波束之涵蓋範圍內。反應於當前控制通訊波束或當前資料通道波束的接收情形符合失連條件，挑選不同於當前資料通道波束的候選資料通道波束。回報候選資料通道波束的挑選結果。

本發明的使用者設備，其係基於毫米波通訊，並包括天線、接收電路、傳送電路及處理電路。此天線支援波束成型技術。接收電路耦接於天線，並透過天線接收訊號。傳送電路耦接於天線，並透過天線傳送訊號。處理電路耦接接收電路及傳送電路，透過接收電路偵測當前使用之當前控制通道波束或當前資料通道波束的接收情形，而此當前資料通道波束包含在當前控制通道波束之涵蓋範圍內。處理電路反應於當前控制通訊波束或當前資料通道波束的接收情形符合失連條件，挑選不同於當前資料通道波束的候選資料通道波束，並透過傳送電路回報候選資料通道波束的挑選結果。

基於上述，本發明實施例的使用者設備主動偵測失連原因，並挑選合適候選資料通道波束以回報給傳送接收節點，加快失連恢復程序，減少中斷延遲時間。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依據本發明一實施例的毫米波通訊系統1的示意圖。請參照圖1，此系統1包括一台或更多台基地台100、以及使用者設備200。

基地台100可以係傳送接收節點(Transmission Reception Point，TRP)、家用演進基地台(Home evolved Node B，HeNB)、演進基地台(evolved Node B，eNB)、進階基地台(Advanced Base Station，ABS)、基地收發機系統(Base Transceiver System，BTS)、存取點(Access Point，AP)、家用基地台(home base station)。為了提供較佳的涵蓋範圍，基地台100會利用波束成型(beamforming)技術形成較低增益、寬波束(wide beam)的控制通道波束(control channel beam)來傳輸控制信令(control signaling)。當需要傳送資料時，為了能提供較高的傳輸速率，基地台100會利用波束成型技術形成高增益、窄波束(narrow beam)的資料通道波束(data channel beam)來傳輸資料。資料通道波束的涵蓋範圍較小，且被包含在控制通道波束的涵蓋範圍內(即，與控制通道波束的重疊)。

使用者設備200可以係行動台(Mobile Station，MS)、進階行動台(Advanced Mobile Station，AMS)、伺服器、使用者終端、桌上型電腦、筆記型電腦、網路電腦、工作站、平板電腦、電話裝置等設備，並至少包括但不僅限於一或更多組天線210、傳送電路220、接收電路230、類比至數位/數位至類比轉換器240、儲存器250及處理電路260。

天線210可以係全相天線(Omni-directional antenna)、天線面板(antenna panel)等各類型天線，且若具備數個天線210則可依據需求而僅致能一組、二組或更多組天線210。而傳送電路220及接收電路230分別用以透過支援波束成型之天線210無線地傳送上行鏈路(uplink)訊號並經由當前使用之當前控制通道波束及當前資料通道波束接收下行鏈路(downlink)訊號(控制信令、或資料)。傳送電路220及接收電路230亦可執行諸如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、升頻或降頻轉換、濾波、放大及其類似者的類比訊號處理操作。類比至數位/數位至類比轉換器240經組態以在下行鏈路信號處理期間自類比信號格式轉換為數位信號格式，且在上行鏈路信號處理期間自數位信號格式轉換為類比信號格式。

儲存器250可以係任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（Flash Memory）或類似元件或上述元件的組合。儲存器250程式碼、裝置組態、碼本(Codebook)、波束編號、歷史量測紀錄(例如，對於各資料通道波束的接收訊號強度、訊號品質等)、緩衝的或永久的資料，並記錄諸如無線電資源控制(Radio Resource Control，RRC)層、媒體存取控制(Media Access Control，MAC)層、實體層等其他各種通訊協定相關軟體模組。

處理電路260經組態以處理數位信號且執行根據本發明的例示性實施例之程序，並可存取或載入儲存器250所記錄的資料及軟體模組。處理電路260的功能可藉由使用諸如CPU、微處理器、微控制器、數位信號處理(Digital Signal Processing，DSP)晶片、場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等可程式化單元來實施。處理電路260的功能亦可用獨立電子裝置或積體電路(Integrated Circuit，IC)實施，且處理電路260之操作亦可用軟體實現。

為了方便理解本發明的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明。圖3是依據本發明一實施例說明一種波束失連恢復方法之流程圖。請參照圖3，下文中，將搭配圖1中各裝置及圖2中使用者設備200的各項元件及模組說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

使用者設備200會依據網路的配置(例如，基地台100指示、或其他接取網路設備配置)，在特定的時間和頻率去監控(monitor)下行控制通道(Downlink Control Channel)。此外，依據網路的配置與使用者設備200的能力，使用者設備200可能同時或是分時監控多個下行控制通道，以偵測當前使用之當前控制通道波束或當前資料通道波束的接收情形。於本實施例中的接收情形可能由以下判別條件，處理電路260會透過接收電路230確認是否無法對監控的控制通道(或經由當前控制通道波束的信令)解碼(步驟S310)？若使用者設備200所監控的控制通道無法解碼(decode)(即，接收條件符合無法對監控的控制通道解碼的失連條件)，表示當前控制通道波束可能因被阻擋(blocking)或是自身移動等原因而無法正常服務給此使用者設備200，且需要更換當前控制通道波束。若接著有資料需要透過位於當前控制通道波束涵蓋下的當前資料通道波束傳輸，則使用者設備200應該同樣會無法確實接收資料，因此必須及早進行波束失連恢復。由於控制通道無法被使用者設備200解碼，因此在搜尋或是挑選候選資料通道波束時，將優先從與當前控制通道波束涵蓋範圍不重疊的可用資料通道波束開始搜尋或是挑選，並挑選一者作為候選資料通道波束(步驟S330)。

舉例而言，請參照圖4，波束1,2,3為控制通道波束，波束4,5,6,7,8,9為資料通道波束，且波束1為當前控制通道波束而波束4為當前資料通道波束。由於波束4,5,6的在波束1的涵蓋範圍下，因此處理電路260在挑選候選資料通道波束時，將會優先從剩下的可用波束7,8,9中挑選。

接著，處理電路260會依據對於這些可用資料通道波束的歷史量測紀錄、新切換控制通道波束、以及天線中新切換天線，掃描那些可用資料通道以決定一個候選資料通道波束。具體而言，根據使用者設備能力的不同，若儲存器250記錄有過去量測資料通道波束歷史量測紀錄，處理電路260可以根據歷史量測紀錄在與當前控制通道波束涵蓋範圍不重疊的可用資料通道波束中挑選最佳的候選資料通道波束。處理電路260挑選的依據可以是可用資料通道波束的訊號強度、及訊號品質其中一者或其組合一起考慮。若網路有配置且使用者設備200能夠監控多條下行控制通道，則處理電路260可控制傳送電路220及接收電路230切換到其他的控制通道波束，並在新切換控制通道波束涵蓋下，進行波束掃描(beam sweeping)，來搜尋後選資料通道波束。此外，若使用者設備200配備著多個天線面板(即，多組天線210)，且同時只能啟動一組天線210，則處理電路260可以控制傳送電路220及接收電路230切換到其他的天線210(即，新切換天線)進行波束掃描來搜尋後選資料通道波束。而若可以同時啟動多組天線210，則處理電路260可以啟動其他的天線210進行波束掃描，以搜尋候選資料通道波束。

若可對監控的控制通道解碼，則處理電路260判斷控制通道(或經由當前控制通道波束的信令)之訊號強度或是訊號品質在一段事先訂定的觀測時間T內都(或特定百分比累積時間)小於一個門檻值α(步驟S320)？若小於此門檻值α (即，接收條件符合觀測時間內控制通道之訊號強度或品質小於門檻值的失連條件)，表示當前控制通道波束不夠好，且當前資料通道波束接續的傳輸資料可能會失敗，故有更換當前控制通道波束的需求。需說明的是，用於對監控的控制通道的訊號強度或是訊號品質評估的門檻值α可以是標準規定或是網路配置後告知使用者設備200、或是使用者設備200依據先前控制通道波束和資料通道波束的訊號強度或是訊號品質的差值，來推估此門檻值α多寡才能使經由控制通道波束的訊號正確被接收。此外，與前述監控的控制通道無法解碼的狀況相同，由於監視的控制通道之訊號強度或是訊號品質不夠好，因此在搜尋或是挑選候選資料通道波束時，將優先從與當前控制通道波束涵蓋範圍不重疊的可用資料通道波束開始搜尋或是挑選(其挑選方式可參照步驟S330)。

若使用者設備200所監控的控制通道可以解碼、其訊號強度或是訊號品質在觀察時間內都高於門檻值α，則處理電路260進一步透過接收電路230判斷控制通道(或經由當前控制通道波束的信令)是否指示有資料需要接收(步驟S340)？若有資料須要接受，但透過接收電路230與天線210經由當前資料通道波束接收時卻無法對資料通道(即，接收情形符合資料通道無法解碼的失連條件)，表示當前資料通道波束因被阻擋或是使用者設備200移動等原因而無法服務此使用者設備，故不需要更換當前控制通道波束但需要更換當前資料通道波束。而由於當前控制通道波束的品質夠好，因此在搜尋或是挑選候選資料通道波束時，處理電路260將優先從與當前控制通道波束涵蓋範圍重疊的可用資料通道波束開始搜尋或是挑選，以決定其中一者作為候選資料波束(步驟S360)。

舉例而言，請參照圖4，波束1,2,3為控制通道波束，波束4,5,6,7,8,9為資料通道波束，且波束1為當前控制通道波束而波束4為當前資料通道波束。由於波束4,5,6皆在波束1的涵蓋範圍下，因此使用者設備200在挑選候選資料通道波束時，會優先從可用波束5,6挑選，將可以降低尋找候選資料通道波束的時間。

接著，依據使用者設備的能力不同(例如，記錄有歷史量測紀錄、更換至新切換控制通道波束、或啟動新切換天線等)，處理電路260將透過接收電路230及傳送電路220掃描那些可用資料通道以決定候選資料通道波束(其詳細說明可參照前方，於此不再贅述)。

由此可知，若是控制通道(或來自當前控制通道波束之信令)的接收情況不佳(例如，無法解碼、訊號強度或品質低等)，則處理電路260會自與當前控制通道波束未重疊的可用資料通道波束挑選。而若控制通道接收情況良好(例如，可解碼、訊號強度或品質高)但資料通道(或來自當前資料通道波束之資料)的接收情況不佳(例如，無法解碼等)，則處理電路260會自與當前控制通道波束重疊的可用資料通道波束挑選。

在找到候選資料通道波束之後，處理電路260會透過傳送電路220回報候選資料通道波束的挑選結果給基地台100(步驟S370)。此挑選結果可能係明確地將候選資料通道波束相關資料記錄於傳送給基地台100的波束錯誤通知中。或者，處理電路260可依據候選資料通道波束對應的編號而透過傳送電路在對應無線電資源位置(例如，特定時間槽(timeslot)、頻段)上傳送波束失連通知，以作為隱含的挑選結果。也就是說，不同無線電資源位置分別連結到不同資料通道波束編號。

舉例而言，請參照圖5，使用者設備200選擇了在時間槽2傳送波束失連通知給基地台100。由於在時間槽2傳輸時基地台100使用了波束2當作資料通道波束，因此使用者設備200在時間槽2傳送波束失連通知，即隱含了候選資料通道波束為波束2。

接著，基地台100會傳送新切換資料通道波束的確認通知(步驟S380)，新切換資料通道波束可以是根據使用者設備200建議的候選資料通道波束，或是由基地台100或後端設備另外挑選適合的資料通道波束並告知使用者設備200。接著，基地台100和使用者設備200就可以利用這個新切換資料通道波束進行資料傳輸。

為了幫助讀者更加理解本發明精神，以下將另舉二應用情境輔助說明。

請參照圖6係第一應用情境說明具有兩天線面板210_1,210_2之使用者設備200的失連恢復情形。假設使用者設備200啟用天線面板210_1與基地台100建立連結，並經由基地台100的控制通道波束-波束1接收控制通道信令，且經由資料通道波束-波束3接收資料通道的資料。接著，由於使用者設備200被阻擋的關係，導致波束1上控制通道無法解碼。此時，使用者設備200可以啟動另一個方向的天線面板210_2進行波束掃描，以尋找候選資料通道波束，而不需要耗費時間在天線面板210_1進行波束掃描尋找候選資料通道波束，從而加快搜尋的速度。在本應用情境中，使用者設備200利用天線面板210_2進行波束掃描找到基地台150的波束4為候選資料通道波束，並選擇了波束4對應的時間槽傳送波束失敗通知給基地台150。因此，基地台150得知使用者設備200發生波束失敗，並找到波束當作新切換資料通道波束。接著，基地台150可傳送相關於新切換資料通道波束-波束4的確認通知給使用者設備200，使用者設備200就和基地台150恢復了網路連線，其後資料將透過波束4傳送。

請參照圖7係第二應用情境說明具有一天線面板210之使用者設備200的失連恢復情形。使用者設備200與基地台100經由控制通道波束-波束1接收控制通道信令，並經由資料通道波束-波束2接收資料通道的資料。接著，由於使用者設備200移動的關係，導致波束2無法解碼，此時控制通道波束-波束1品質仍然夠好，因此候選資料通道波束將優先從與波束1涵蓋內的可用波束開始尋找以加快搜尋的速度。在本應用情境中，使用者設備200利用過去量測的歷史紀錄找到了波束3作為候選資料通道波束，並選擇了波束3對應的時間槽傳送波束失連通知給基地台100。因此，基地台100得知使用者設備200發生波束失連並找到波束3當作候選資料通道波束。接著，基地台100可傳送相關於新切換資料通道波束-波束3的確認通知給使用者設備200，使用者設備200就和基地台100恢復了網路連線，且其後資料將透過波束3傳送。

綜上所述，本發明實施例對控制通道及/或資料通道進行監視，評估當前控制通道波束及當前資料通道波束的接收情況是否良好。若其接收情況符合波束失連條件，則自合適的資料通道波束群中挑選候選通道波束，並依據不同的波束失連成因與使用者設備之能力來選擇適當的機制，進行波束失連恢復，以加速連結恢復的速度，降低連線中斷帶來的延遲，提高用戶體驗感受。此外，藉由無線電資源位置和資料通道波束編號的連結關係，利用隱含的方式告知基地台其候選資料通道波束的尋找結果，以降低回報的資料量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧毫米波通訊系統

100、150‧‧‧基地台

200‧‧‧使用者設備

210‧‧‧天線

210_1、210_2‧‧‧天線面板

220‧‧‧傳送電路

230‧‧‧接收電路

240‧‧‧類比至數位/數位至類比轉換器

250‧‧‧儲存器

260‧‧‧處理電路

S310~S380‧‧‧步驟

圖1是依據本發明一實施例的毫米波通訊系統的示意圖。圖2是依據本發明一實施例的使用者設備的元件方塊圖。圖3是依據本發明一實施例的波束失連恢復方法的流程圖。圖4是一範例說明波束之挑選。圖5是一範例說明隱含回報。圖6是第一應用情境說明具有兩天線之使用者設備的失連恢復情形。圖7是第二應用情境說明具有一天線之使用者設備的失連恢復情形。

Claims

一種毫米波(millimeter Wave，mmWave)通訊之波束(beam)失連(failure)恢復方法，適用於一使用者設備，該使用者設備包括支援波束成型(beamforming)技術之至少一天線，而該波束失連恢復方法包括：偵測當前使用之一當前控制通道波束或一當前資料通道波束的接收情形，其中該當前資料通道波束包含在該當前控制通道波束之涵蓋範圍內；反應於該當前控制通訊波束或該當前資料通道波束的接收情形符合一失連條件，挑選不同於該當前資料通道波束的一候選資料通道波束；以及回報該候選資料通道波束的挑選結果。
如申請專利範圍第1項所述的波束失連恢復方法，其中該失連條件包括無法對監視的控制通道解碼、以及觀測時間內該控制通道的訊號強度或訊號品質小於一門檻值，而挑選不同於該當前資料通道波束的該候選資料通道波束的步驟，包括：挑選與該當前控制通道波束之涵蓋範圍不重疊的多個可用資料通道波束中的一者作為該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第1項所述的波束失連恢復方法，其中該失連條件包括無法對資料通道的訊號解碼，而挑選不同於該當前資料通道波束的該候選資料通道波束的步驟，包括：挑選與該當前控制通道波束之涵蓋範圍重疊的多個可用資料通道波束中的一者作為該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第1項所述的波束失連恢復方法，其中挑選不同於該當前資料通道波束的該候選資料通道波束的步驟，包括：依據對於多個可用資料通道波束的歷史量測紀錄、新切換控制通道波束、以及該至少一天線中新切換天線，掃描該些可用資料通道以決定該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第1項所述的波束失連恢復方法，其中回報該候選資料通道波束的挑選結果的步驟，包括：依據該候選資料通道波束對應的編號在對應無線電資源位置上傳送一波束失連通知，以作為該挑選結果。
一種使用者設備，基於毫米波通訊，該使用者設備包括：至少一天線，支援波束成型技術；一接收電路，耦接該至少一天線，並透過該至少一天線接收訊號；一傳送電路，耦接該至少一天線，並透過該至少一天線傳送訊號；以及一處理電路，耦接該接收電路及該傳送電路，該處理電路透過該接收電路偵測當前使用之一當前控制通道波束或一當前資料通道波束的接收情形，反應於該當前控制通訊波束或該當前資料通道波束的接收情形符合一失連條件，挑選不同於該當前資料通道波束的一候選資料通道波束，並透過該傳送電路回報該候選資料通道波束的挑選結果，其中該當前資料通道波束包含在該當前控制通道波束之涵蓋範圍內。
如申請專利範圍第6項所述的使用者設備，其中該失連條件包括無法對監視的控制通道解碼、以及觀測時間內該控制通道的訊號強度或訊號品質小於一門檻值，而該處理電路挑選與該當前控制通道波束之涵蓋範圍不重疊的多個可用資料通道波束中的一者作為該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第6項所述的使用者設備，其中該失連條件包括無法對資料通道解碼，而該處理電路挑選與該當前控制通道波束之涵蓋範圍重疊的多個可用資料通道波束中的一者作為該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第6項所述的使用者設備，其中該處理電路依據對於多個可用資料通道波束的歷史量測紀錄、新切換控制通道波束、以及該至少一天線中新切換天線，而透過該接收電路及該傳送電路掃描該些可用資料通道以決定該候選資料通道波束。
如申請專利範圍第6項所述的使用者設備，其中該處理電路依據該候選資料通道波束對應的編號而透過該傳送電路在對應無線電資源位置上傳送一波束失連通知，以作為該挑選結果。